Ultradźwięki przewyższają szybkością inne metody ekstrakcji

Szybka procedura ekstrakcji ultradźwiękowej i wynikająca z niej oszczędność czasu przy produkcji ekstraktu to jedna z wielu zalet ultradźwiękowej ekstrakcji związków bioaktywnych z roślin. Ekstrakcja ultradźwiękowa została naukowo porównana z alternatywnymi technikami ekstrakcji, takimi jak ekstrakcja CO2 w stanie nadkrytycznym, maceracja, ekstrakcja z zastosowaniem strumienia ciepła, Soxhleta czy ekstrakcja mikrofalowa, a wyniki badań potwierdzają znaczącą przewagę ultradźwięków w zakresie szybkości i wydajności ekstrakcji.

Ultrasonikacja jako procedura szybkiej ekstrakcji

Ultradźwiękowa ekstrakcja związków bioaktywnych jest dobrze znana ze względu na wysoką wydajność, wysoką jakość ekstraktów, krótki czas ekstrakcji, niskie zużycie energii i możliwość pracy z bardzo łagodnymi rozpuszczalnikami. Wszystkie te czynniki przyczyniają się do nadzwyczajnej ogólnej wydajności ultradźwiękowej ekstrakcji składników bioaktywnych z materiałów roślinnych.
Poniżej przedstawiono wybrane doniesienia z badań naukowych, w których zastosowano ekstrakcję ultradźwiękową (także ekstrakcję wspomaganą ultradźwiękami). UAE) porównano z innymi technikami ekstrakcji, takimi jak maceracja, Soxhlet, przepływ ciepła, nadkrytyczny CO₂i ekstrakcji mikrofalowej.

Ekstrakcja ultradźwiękowa przewyższa inne techniki ekstrakcji pod względem szybkości (krótszy czas trwania), większej wydajności i wyższej jakości ekstraktu.

ultrasonator UP400St do szybkiej ekstrakcji składników roślinnych w trybie wsadowym

Zastosowanie ekstrakcji	Czas ekstrakcji ultradźwiękowej	Czas alternatywnej metody ekstrakcji	Informacje dodatkowe	Źródło
Ekstrakcja antocyjanów z jagód mirtu	5 min	15 min mikrofalówka	ultradźwiękowiec UP200S	Gonzalez i in., 2019 r.
Odciąganie opuszczeń Boldo	5-30 min	15-90 min Maceracja	ultradźwiękowiec UIP1000hdT "Widzimy, że od 5 do 30 minut sonikacji wydajność jest taka sama, jak w przypadku maceracji konwencjonalnej trwającej od 15 do 90 minut: UAE wymaga jednej trzeciej czasu potrzebnego do ekstrakcji substancji rozpuszczalnych z liści w przypadku maceracji konwencjonalnej".	Petigny i in., 2013
Ekstrakcja fenoli i flawonoidów z szałwii lekarskiej	11 min	30 min ekstrakcja konwencjonalna na wytrząsarce w łaźni wodnej w temperaturze 60ºC	Ekstraktory ultradźwiękowe UP100H, UP400S	Dent i in., 2015 r.
Ekstrakcja polifenoli z liści oliwnych	21 min	60min konwencjonalna ekstrakcja z wykorzystaniem strumienia ciepła	ultradźwiękowiec UP400S	Dobrinčić i in., 2020
Ekstrakcja bioaktywnych fenoli z liści Malva sylvestris	49 min 48°C przy 110 W	5 h ekstrakcja w złożu mieszanym przy 150 obr.	ultradźwiękowiec UP200S Analiza HPLC wykazała, że stężenie bioaktywnych fenoli wzrosło istotnie (p≺0,05) w warunkach optymalnego UAE warunki.	Bimakr et al., 2017
Ekstrakcja lipidów z nasion melona zimowego (Benincasa hispida)	∼36 min	Ekstrakcja dwutlenkiem węgla w stanie nadkrytycznym połączona z techniką zmiany ciśnienia (SCE-PST) (∼ 50 min), nadkrytyczny CO₂ (∼97 min) i konwencjonalnej ekstrakcji Soxhleta (∼360 min)	porównanie dwutlenku węgla w stanie nadkrytycznym (sCO₂), ekstrakcji wspomaganej ultradźwiękami (UAE), ekstrakcja dwutlenkiem węgla w stanie nadkrytycznym połączona z techniką zmiany ciśnienia (SCE-PST) i ekstrakcji Soxhleta wynika, że najbardziej wydajną i szybką techniką ekstrakcji jest ZEA.	Bimakr et al. (2015)

Ekstrakcja ultradźwiękowa jest znacznie bardziej wydajna i szybsza niż alternatywne techniki ekstrakcji, takie jak ekstrakcja dwutlenkiem węgla w stanie nadkrytycznym (SCO2) i ekstrakcja metodą Soxhleta.

porównanie dwutlenku węgla w stanie nadkrytycznym (sCO₂), ekstrakcji wspomaganej ultradźwiękami (UAE), ekstrakcja dwutlenkiem węgla w stanie nadkrytycznym połączona z techniką zmiany ciśnienia (SCE-PST) i ekstrakcji Soxhleta wykazały, że UAE jest najbardziej wydajną i szybką techniką ekstrakcji.

Zalety ultradźwiękowej ekstrakcji botanicznej

Wysoka wydajność ekstrakcji
Najwyższa wydajność ekstrakcji
szybki proces
Niskie temperatury
Nadaje się do ekstrakcji związków termolabilnych
Kompatybilny z dowolnym rozpuszczalnikiem
Niskie zużycie energii
Zielona technika ekstrakcji
Łatwa i bezpieczna obsługa
Niskie koszty inwestycyjne i operacyjne
Praca 24 godziny na dobę, 7 dni w tygodniu przy dużych obciążeniach

Wysokowydajne ekstraktory ultradźwiękowe do ekspresowej izolacji związków chemicznych

Najnowocześniejsze urządzenia ultradźwiękowe firmy Hielscher umożliwiają szybką ekstrakcję wysokiej jakości biomolekuł z roślin. Pełna kontrola nad parametrami procesu, takimi jak amplituda, temperatura, ciśnienie i energia wejściowa, umożliwia uzyskanie najbardziej wydajnych i łagodnych warunków ekstrakcji, dzięki którym uzyskuje się nieuszkodzone ekstrakty o wysokiej aktywności biologicznej. Optymalizacja parametrów ekstrakcji ultradźwiękowej, takich jak wielkość cząstek surowca, rodzaj rozpuszczalnika, stosunek substancji stałej do rozpuszczalnika i czas ekstrakcji, pozwala uzyskać najwyższą wydajność i najlepsze wyniki ogólne. Ponieważ ekstrakcja ultradźwiękowa jest nietermiczną metodą ekstrakcji, można uniknąć degradacji termicznej składników bioaktywnych, co przekłada się na najwyższą jakość ekstraktu.
Ogólnie rzecz biorąc, zalety takie jak wysoka wydajność, krótki czas ekstrakcji, niska temperatura ekstrakcji i mniejsze zapotrzebowanie na rozpuszczalniki sprawiają, że sonikacja jest preferowaną metodą ekstrakcji.

Porównanie ekstrakcji ultradźwiękowej i mikrofalowej wykazało, że ekstrakcja antocyjanów z owoców mirtu jest bardziej efektywna przy zastosowaniu ultradźwięków.

Ultradźwięki przewyższają mikrofale w ekstrakcji antocyjanów z jagód mirtu. Sonikacja jest trzykrotnie szybsza niż ekstrakcja mikrofalowa.

Ekstrakcja ultradźwiękowa fenoli ogółem i flawonoidów z szałwii jest znacznie szybsza niż konwencjonalna ekstrakcja w wytrząsarce z łaźnią wodną

Porównanie ekstrakcji ultradźwiękowej i konwencjonalnej z użyciem wytrząsarki z łaźnią wodną wykazało, że czas ekstrakcji fenoli i flawonoidów ogółem z szałwii uległ znacznemu skróceniu, gdy zastosowano ekstrakcję ultradźwiękową. Ekstrakcja ultradźwiękowa wymaga tylko jednej trzeciej czasu ekstrakcji w wytrząsarce z łaźnią wodną.

Ekstrakcja ultradźwiękowa: Sprawdzone w laboratorium i w przemyśle

Ekstrakcja ultradźwiękowa jest szeroko stosowana do ekstrakcji wszelkiego rodzaju związków bioaktywnych z roślin, grzybów, alg, bakterii i komórek ssaków. Ekstrakcja ultradźwiękowa została uznana za prostą, opłacalną i wysoce wydajną metodę, która przewyższa inne tradycyjne techniki ekstrakcji dzięki wyższej wydajności i krótszemu czasowi trwania procesu.
Dzięki dostępności laboratoryjnych, stołowych i w pełni przemysłowych systemów ultradźwiękowych ekstrakcja ultradźwiękowa jest obecnie technologią uznaną i godną zaufania. Ekstraktory ultradźwiękowe firmy Hielscher są instalowane na całym świecie w przemysłowych zakładach przetwórczych do produkcji związków bioaktywnych o jakości spożywczej i farmaceutycznej.
Poniższa tabela daje wskazanie przybliżonej mocy przerobowych naszych ultrasonicators:

Wielkość partii	natężenie przepływu	Polecane urządzenia
1 do 500mL	10-200mL/min	UP100H
10 do 2000mL	20-400mL/min	UP200Ht, UP400St
0.1 do 20L	0.2 do 4L/min	UIP2000hdT
10-100L	2 do 10L/min	UIP4000hdT
b.d.	10-100L/min	UIP16000
b.d.	większe	klaster UIP16000

Skontaktuj się z nami! / Zapytaj nas!

Ultradźwiękowe homogenizatory o wysokim ścinaniu są stosowane w laboratoriach, na stanowiskach badawczych, w procesach pilotażowych i przemysłowych.

Hielscher Ultrasonics produkuje wysokowydajne homogenizatory ultradźwiękowe do zastosowań mieszania, dyspergowania, emulgowania i ekstrakcji na skalę laboratoryjną, pilotażową i przemysłową.

Podobne artykuły

Literatura / materiały źródłowe

Bimakr, Mandana; Ganjloo, Ali; Zarringhalami, Soheila; Ansarian, Elham (2017): Ultrasound-assisted extraction of bioactive compounds from Malva sylvestris leaves and its comparison with agitated bed extraction technique. Food Science and Biotechnology 26(6); 2017.
Petigny L., Périno-Issartier S., Wajsman J., Chemat F. (2013): Batch and Continuous Ultrasound Assisted Extraction of Boldo Leaves (Peumus boldus Mol.). International Journal of Molecular Science 14, 2013. 5750-5764.
Bimakr, Mandana; Abdul Rahman, Russly; Ganjloo, Ali; Taip, Farah; Mohd Adzahan, Noranizan; Sarker, Md Zaidul (2016): Characterization of Valuable Compounds from Winter Melon (Benincasa hispida (Thunb.) Cogn.) Seeds Using Supercritical Carbon Dioxide Extraction Combined with Pressure Swing Technique. Food and Bioprocess Technology 9, 2016. 396-406.
Bimakr, Mandana, Russly Abdul Rahman, Farah Saleena Taip, Noranizan Mohd Adzahan, Md. Zaidul Islam Sarker, Ali Ganjloo (2012): Optimization of Ultrasound-Assisted Extraction of Crude Oil from Winter Melon (Benincasa hispida) Seed Using Response Surface Methodology and Evaluation of Its Antioxidant Activity, Total Phenolic Content and Fatty Acid Composition. Molecules 17, No. 10, 2012 11748-11762.
González de Peredo; Ana V., Vázquez-Espinosa, Mercedes; Espada-Bellido, Estrella; Ferreiro-González, Marta; Amores-Arrocha, Antonio; Palma, Miguel; Barbero, Gerardo; Jiménez-Cantizano, Ana (2019): Alternative Ultrasound-Assisted Method for the Extraction of the Bioactive Compounds Present in Myrtle (Myrtus communis L.). Molecules. 2019 Mar 2;24(5):882.
Dent, Maja; Verica, Dragović-Uzelac; Garofulić, Ivona; Bosiljkov, Tomislav; Ježek, Damir; Brncic, Mladen (2015): Comparison of Conventional and Ultrasound Assisted Extraction Techniques on Mass Fraction of Phenolic Compounds from sage (Salvia officinalis L.). Chemical and Biochemical Engineering Quarterly 29 (3), 2015.
Dobrinčić, Ana; Maja Repajić, Ivona E. Garofulić, Lucija Tuđen, Verica Dragović-Uzelac; Branka Levaj (2020): Comparison of Different Extraction Methods for the Recovery of Olive Leaves Polyphenols. Processes 8, no. 9, 2020.

Fakty Warto wiedzieć

Zasada działania ekstrakcji ultradźwiękowej

Ekstrakcja ultradźwiękowa jest powszechnie stosowaną metodą izolowania i oddzielania składników bioaktywnych z materiałów roślinnych. Ponieważ sonikacja jest kompatybilna z każdym rodzajem rozpuszczalnika, procedura ekstrakcji ultradźwiękowej może być optymalnie zaprojektowana pod kątem związków bioaktywnych (tj. związków docelowych), ich polarności, rozpuszczalności, wrażliwości na ciepło i innych czynników. Dostosowując proces sonikacji do konkretnego związku lub różnych związków, można wybrać najbardziej optymalną konfigurację w celu uzyskania ekstraktu o wyjątkowo wysokiej jakości.
Fale ultradźwiękowe sprzężone z cieczą lub zawiesiną wywołują intensywne wibracje i kawitację akustyczną. Kawitacja akustyczna lub ultradźwiękowa jest określana przez lokalnie występujące ekstremalnie wysokie różnice ciśnień, siły ścinające i strumienie cieczy. Siły te powodują pękanie ścian komórkowych, rozbijanie komórek roślinnych i intensyfikację wymiany masy między wnętrzem komórki a rozpuszczalnikiem. W ten sposób składniki bioaktywne są skutecznie uwalniane do otaczającego rozpuszczalnika, skąd docelowe cząsteczki mogą być łatwo izolowane i oczyszczane (np. przez odparowanie wirnikowe, destylację z parą wodną lub HPLC).

Zakłócacze ultradźwiękowe stosowane są do ekstrakcji ze źródeł fitosanitarnych (np. rośliny, algi, grzyby).

Ultradźwiękowa ekstrakcja z komórek roślinnych: mikroskopowy przekrój poprzeczny (TS) przedstawia mechanizm działania podczas ultradźwiękowej ekstrakcji z komórek (powiększenie 2000x)
[źródło: Vilkhu et al. 2011].

Ultradźwięki o wysokiej wydajności! Paleta produktów firmy Hielscher obejmuje pełne spektrum od kompaktowych ultradźwięków laboratoryjnych, poprzez urządzenia stołowe, aż po przemysłowe systemy ultradźwiękowe.

Firma Hielscher Ultrasonics produkuje wysokowydajne homogenizatory ultradźwiękowe od laboratorium do wielkość przemysłowa.